JP2527900B2

JP2527900B2 - 射出成形用組成物

Info

Publication number: JP2527900B2
Application number: JP5082071A
Authority: JP
Inventors: 泰成金子; 喜光寒川; 浩松本; 健一岡田; 益司山本; 通木下
Original assignee: Nippon Seiro Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiro Co Ltd
Priority date: 1993-04-08
Filing date: 1993-04-08
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JPH06293901A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、粉末の射出成形用組
成物に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、射出成形法により、セラミックス、金属及びサーメ
ット等の焼結可能な粉末を成形する際に有用な射出成形
用組成物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、精密成形や、難加工材
の成形、複雑形状製品の成形法として注目されているも
のに、金属、合金、セラミック等の粉末を用いての射出
成形法がある。この射出成形法は、熱可塑性樹脂等のバ
インダを粉末に添加し、混合・混練した後に射出成形
し、得られた成形体を脱脂・焼結することによって所要
の製品とする方法である。

【０００３】そして、この射出成形法においては、欠陥
の無い焼結体を得るために最も重要な工程が脱脂である
こともよく知られている。これまで一般的に採用されて
いる脱脂方法としては、１）射出成形体を加熱し、含ま
れる有機バインダを加熱分解及びガス化する方法と、
２）有機溶媒を用いて射出成形体から有機バインダを溶
出した後に、さらに有機バインダを加熱分解及びガス化
する方法と、の二種類が知られている。

【０００４】このうちの１）加熱により有機バインダを
除去する脱脂方法では、成形体中に欠陥を生じないよう
に脱脂するために、有機バインダの加熱分解及び蒸発が
短時間に集中しないようにすることが必要となる。これ
は、有機バインダの加熱分解及び蒸発が短時間に集中し
て成形体内部に圧力がかかり、成形体の割れ及び膨れの
原因となることを防ぐためである。

【０００５】このため、脱脂中に割れ・膨れ・変形を生
じないようにするためには、従来は、有機バインダの加
熱分解及び蒸発を徐々に行うために、どうしても長時間
の脱脂となっていた。特に、粉末の粒径を小さくし、比
表面積を大きくすると、射出成形時の加熱流動を安定し
て行うために有機バインダの量を多くしなければなら
ず、結果的に、脱脂の際に加熱工程を多段階にするなど
の工夫が必要となり、さらに脱脂に長時間を要してい
た。また、脱脂の際に割れや膨れの欠陥が生じにくい射
出成形組成物であっても、用いる粉末の比重が大きい金
属粉末や球状粉末の場合には、加熱脱脂時に成形体の変
形が生じることが多く、結果的に加熱脱脂時の昇温速度
を遅くしなければならなかった。

【０００６】このような問題を解決するために、バイン
ダに昇華性物質を加える方法も考えられているが、混練
・成形の際に昇華性物質が蒸発することが考えられ、成
形時のスプルー・ランナー部の再生が困難であるという
欠点がある。一方、２）有機溶媒を用いて射出成形体か
ら有機バインダを溶出する方法の場合には、まず、溶媒
に可溶な物質が溶出し、この溶出によって生じる微小空
隙が通り道となって、残りの有機バインダの加熱分解・
蒸発がスムーズに行われ、脱脂の際の割れ・膨れ等の欠
陥が生じにくくなり、さらに、成形体の変形も抑えるこ
とができると期待されていた。

【０００７】しかしながら、これまでの溶媒抽出法で
は、有機バインダには鉱油・脂肪酸系油・天然油等の液
体原料を多量に用いることから、射出成形体から前記油
が滲み出すことが多く、長期の射出成形体原料の保管に
おいても油の滲み出しにより、安定した原料の保管が困
難である。また、長期保存した射出成形体では表面に移
行した油により抽出脱脂時に割れ・膨れを生じることが
多いのが実情である。

【０００８】有機バインダ中の可塑剤・滑剤を沸騰水中
で溶出する方法も考えられているが、射出成形時の加熱
流動・成形体の強度・射出成形体原料の安定性を考える
と、可塑材・滑剤の配合量を余り多くすることはできな
いという問題点がある。また、抽出液に水を用いて水溶
性樹脂を溶出すること（特公平２−１０１１０１）が提
案されているが、水により粉末が腐食するなど解決しな
ければならない問題が多い。

【０００９】そして、有機溶媒・水等の抽出液を用いて
射出成形体から有機バインダを抽出する方法では、使用
する有機バインダに対して、抽出液に溶解する有機化合
物とともに、成形体の保形性の意味から使用した抽出液
に対して必ず不溶である有機化合物を添加する必要があ
り、抽出液に対する溶解速度を早めるためには、抽出液
に対して溶解する有機化合物は常温で液体もしくは半固
体であるものを用いることが必要があった。

【００１０】このため、射出成形を行った成形体の常温
における強度が低くなり、射出成形時の金型温度を低く
しても、成形サイクルに長時間を要し、時間当りの成形
個数が少くなるという欠点が避けられない。また、成形
体温度が低いと、射出成形時の自動取り出し機による取
り出しの際に、成形体が破損する危険性があり、スプル
ー・ランナーの強度が低いことから、一度に多数個の成
形固体を得ることも困難である。そこで、射出成形体の
保形を考える余り、不溶である有機バインダの添加量を
多くすると、逆に、有機バインダの溶出工程において、
有機バインダの加熱分解・蒸発がスムーズに行われず、
脱脂の際に割れ・膨れ・変形等の欠陥が生じることにな
る。しかもまた、有機溶剤を用いる場合には、環境面や
防災面に特に注意する必要があり、大量に成形体を処理
するには設備投資に多額の費用がかかる。

【００１１】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、従来の技術における問題点を解消
し、セラミックス・金属等の粉末射出成形における脱脂
工程において、バインダの熱分解およびガス化法によっ
て割れ、膨れ、及び変形等の欠陥のない成形体を得るこ
とができ、短時間で脱脂を完了し、最終製品（焼結体）
の寸法安定性とその精度を向上させることのできる新し
い射出成形用組成物を提供することを目的としている。
そして、特にこの発明は、従来、成形体が脱脂時に大き
な変形をともない良品を得ることが困難であった比重の
大きい粉末や球状粉末の場合にも、変形のない寸法精度
に優れた最終製品を得ることのできる射出成形用組成物
を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、焼結可能な粉末とバインダから
なる射出成形用組成物であって、前記バインダが少なく
とも熱可塑性樹脂とウレタン化ワックスおよびパラフィ
ンワックスとからなることを特徴とする射出成形用組成
物を提供する。

【００１３】

【作用】すなわち、この発明の射出成形用組成物は、た
とえば、セラミックス、金属及びサーメットなどの焼結
可能な粉末とバインダからなる射出成形用組成物であっ
て、前記バインダとして、少なくとも熱可塑性樹脂とウ
レタン化ワックスおよびパラフィンワックスとからなる
特徴のある組成構成を有している。この構成を採用する
ことによって、従来の粉末射出成形法の欠点は改善さ
れ、寸法安定性とその精度に優れ、欠陥のない焼結品製
品を得ることが可能となる。

【００１４】この場合のバインダについてまず説明する
と、ウレタン化ワックスの使用は、この発明の特徴とす
る点であって、このウレタン化ワックスについては、そ
の溶融温度及び溶融粘度が、熱可塑性樹脂とパラフィン
ワックスの溶融温度および粘度の中間の範囲にあるもの
を用いることが好ましく、これにより最適な射出成形用
組成物を得ることが可能となる。また、この発明の射出
成形用組成物においては、熱可塑性樹脂１０〜７０重量
％、ウレタン化ワックス５〜５０重量％、パラフィンワ
ックス１０〜５０重量％の範囲のバインダ組成物を用い
ることによって、より良好な最終製品を得ることができ
る。

【００１５】そして、熱可塑性樹脂としては、たとえ
ば、アクリル系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ポリエステル、エチレン−酢酸ビニル共重合体等の１種
あるいはその２種以上の混合物等を用いることができ
る。バインダを構成するこれらの熱可塑性樹脂の添加量
が１０重量％未満の場合には、脱脂時における変形量が
大きく、熱可塑性樹脂の添加量が７０重量％を超える場
合には、脱脂後の残カーボン量が多くなり焼結後の最終
製品に悪影響を及ぼす。

【００１６】また、ウレタン化ワックスの添加量が５重
量％未満の場合には、加熱脱脂時の変形が大きく、５０
重量％を超える場合には、成形体の強度が低下する。こ
のように、添加量としては５〜５０重量％を好ましい範
囲としているウレタン化ワックスについては、ウレタン
オリゴマー、ウレタン多量体、ウレタン単量体、ウレタ
ンポリマー等の１種または２種以上のものの使用が可能
であるが、少くとも次式

【００１７】

【化２】

【００１８】の化合物、それらの混合物を配合使用する
のが好ましい。上記式の化合物については、好適なもの
としては、たとえば、ｎ＝０〜３、Ｒ ₁はｎ−Ｃ
₁₈Ｈ₃₇、ｎ−Ｃ₁₆Ｈ₃₃−等が、Ｒ₂は、−（ＣＨ₂）₆
−、−（ＣＨ ₂）₇−、−（ＣＨ₂）₅−等が、Ｘとし
ては、フェニレン基や１−メチル−２，４−トリレン基
等が例示される。

【００１９】そして、以上の熱可塑性樹脂およびウレタ
ン化ワックスには、さらにパラフインワックスを配合す
る。このパラフインワックスについては、その添加量
は、前記の通り、１０〜５０重量％の範囲とする。添加
量が１０重量％未満の場合には脱脂時に膨れ、割れ等の
変形を生じやすく、パラフィンワックスの添加量が５０
重量％を超える場合には、成形体の強度が低下すること
になる。

【００２０】以上の構成からなるこの発明のバインダ
は、常法に従って、金属、合金、セラミックス等の粉末
と混合・混練し、金型内に射出成形した後に脱脂する工
程に使用する。この場合の脱脂工程は、加熱分解、ガス
化の方法が好適に採用される。溶媒抽出と併用してもよ
いが、この発明の組成物の優れた作用は、加熱分解およ
びガス化の方法において好適に実現されることになる。

【００２１】脱脂は、真空下、不活性ガス雰囲気下、あ
るいは大気下において実施され、その使用量、粉末の種
類によって、さらには熱可塑性樹脂、パラフィンワック
スの使用量によっても異なるが、通常は、６０℃程度か
ら昇温させて３８０℃程度までの範囲に加熱して行う。
もちろん、この例は何ら限定的なものではない。以下実
施例を示し、さらに詳しくこの発明について説明する。

【００２２】

【実施例】実施例１〜５この発明による射出成形用組成物を用い、実際に射出成
形して所定の成形体を作製した。有機バインダは、表１
に示した組成とし、ウレタン化ワックスとしては、前記
構造式において、ｎ＝０のものを４５％、ｎ＝１のもの
を３０％、ｎ＝２のものを１５％、ｎ＝３のものを１０
％含む混合物を使用した。

【００２３】また、Ｒ₁は、ｎ−Ｃ₁₈Ｈ₃₇−、Ｒ₂は−
（ＣＨ₂）₆−、Ｘは、次式

【００２４】

【化３】

【００２５】を有している。また、粉体の種類と形状、
さらに焼結条件を表２に示した。なお、比較のための組
成物も使用した。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】加圧ニーダーを用いて、１４０℃で、それ
ぞれの粉末と有機バインダを４０分間混練し、取り出し
た後、その混練物を粉砕し、成形用組成物を作製した。
次に、その成形用組成物を用いて成形温度１４０℃〜１
８０℃の条件で射出成形し、成形体を得た。この成形体
の寸法と形状を例示したものが図１である。この射出成
形体は、図２に示すように脱脂炉内部に配置した。脱脂
条件は、以下の通りとした。

【００２９】８０℃（４時間）−２０℃／時間−３２０℃（２時間）得られた成形体の脱脂後の変形量と焼結後の結果を示し
たものが表３である。また、これらの実施例１，２及び
比較例１，２の成形体を図２に示したように配置し、中
央部に荷重をかけて脱脂後の変形量を測定し、比較を行
った。その結果を表４に示した。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】以上の結果から明らかなように、この発明
の実施例の場合には、脱脂後の変形量は極めて小さく、
焼結品にも欠陥はない。比較例の場合には、変形量は大
きく、焼結品には、割れ、膨れが発生している。また、
負荷重のテストでも、脱脂後の変形量はこの発明の実施
例は極めて小さいことがわかる。実施例６実施例２において、ウレタン化ワックスとして、ｎ＝２
のもののみを使用した。脱脂後の変形量は０．２ｍｍ
で、焼結品に欠陥は認められなかった。実施例７実施例１において、ｎ＝８のウレタン化ワックスを用い
た。脱脂後の変形量は０．１ｍｍで、焼結品の欠陥は認
められなかった。

【００３３】

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、従来、成形体が脱脂時に大きな変形をともない良
品を得ることが困難であった比重の大きい粉末や球状粉
末においても、変形の少ない寸法精度に優れた製品を短
時間の脱脂工程で得ることができる。また、抽出脱脂の
ように溶剤を用いることがないため、使用した溶剤の処
理等の工程がなく、また、気化した溶剤への引火などの
危険性がない。よって、従来の加熱脱脂工程のみで脱脂
工程を終了することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で作製した射出成形体を例示した平面図
である。

【図２】実施例で作製した成形体の脱脂炉内部での配置
状況を例示した斜視図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】焼結可能な粉末とバインダからなる射出
成形用組成物であって、前記バインダが少なくとも熱可
塑性樹脂とウレタン化ワックスおよびパラフィンワック
スとからなることを特徴とする射出成形用組成物。
【請求項２】ウレタン化ワックスの溶融温度と溶融粘
度が、熱可塑性樹脂とパラフィンワックスの溶融温度お
よび溶融粘度の中間の範囲にあることを特徴とする請求
項１の射出成形用組成物。
【請求項３】バインダが、熱可塑性樹脂１０〜７０重
量％、ウレタン化ワックス５〜５０重量％およびパラフ
ィンワックス１０〜５０重量％からなることを特徴とす
る請求項１の射出成形用組成物。
【請求項４】ウレタン化ワックスが次式のものからな
ることを特徴とする請求項１の射出成形用組成物。【化１】